德國大學生賽車隊用中國3D打印機提升方程式賽車性能

來源：易加三維

2021年，德國埃斯林根應用科學大學E-Stall大學生方程式賽車團隊采用易加三維增材制造技術成功改善電動賽車電動傳動系統(tǒng)及電子設備冷卻系統(tǒng)。

E-Stall賽車團隊設計并制造了一款電動賽車來參加德國大學生方程式賽車。在整個賽車的制作過程中，E-Stall團隊使用易加三維的增材制造設備對賽車的3大組件進行大規(guī)模改進，其中2個是熱交換器，使用EP-M260設備打印出高精度鋁制零部件，極大的提升了賽車在運行過程中散熱效率，提高了賽車的整車性能。

△3D打印冷卻套

德國大學生方程式賽車？

德國大學生方程式賽車(Formula Student Germany)創(chuàng)辦于2005年，在位于萊茵河流域的霍根海姆舉辦。這一被稱為“全世界水平最高、規(guī)模最大”的大學生方程式賽車已成功舉辦16屆，大賽受全世界廣泛關注，奧迪，寶馬等知名企業(yè)紛紛贊助了此項賽事。

比賽要求按賽事規(guī)則和賽車制造標準，設計并制造一輛在加速、制動、操控性等方面具有優(yōu)異表現(xiàn)的小型單人座休閑賽車，能夠完成全部或部分賽事環(huán)節(jié)的比賽。為了給予參賽車隊最大的設計靈活性和自由度來發(fā)揮他們的創(chuàng)造力和想象力，賽事對賽車的整體設計只有少量限制。舉辦方通過搭建公共平臺對參賽車隊進行全方位考核，旨在提高學生們的設計、制造、成本控制、商業(yè)營銷、溝通與協(xié)調(diào)等五方面的綜合能力。

這意味著，德國大學生方程式賽車比賽，將不僅僅是賽道上速度的比拼，更像是商場中的較量。他們需要像汽車廠商那樣去思考，考慮賽車的受眾群體，思考賽車的經(jīng)濟適用性及推廣性，在滿足市場競爭格局的情況下制造出價格更低廉、加速性能更優(yōu)越、制動效果更好、操控性更舒適的賽車。同時，也需要考慮賽車整體的美觀性、駕駛舒適度、零部件置換等諸多方面。

整個賽制評審團隊由賽車運動、汽車領域及相關供應商專家三部分組成，他們將根據(jù)各個賽車團隊的造車程序、成本規(guī)劃、銷售計劃、賽車速度、賽道表現(xiàn)等多個維度綜合評分，從而評定出該賽季的佼佼者。

關于E-Stall

E-Stall已經(jīng)連續(xù)多年參加德國大學生方程式賽車，是該賽車項目的重要參與者與推動者。根據(jù)前幾個賽季的經(jīng)驗總結，他們在本賽季對電動賽車的冷卻系統(tǒng)進行改造升級以提升賽車性能。E-Stall團隊先前使用的冷卻套由耐溫聚合物制成，直接安裝在由兩個外殼組成的電驅(qū)動周圍。冷卻套的作用是調(diào)節(jié)驅(qū)動器的溫度并防止過熱，如果沒有足夠的冷卻，電機發(fā)生損壞的風險相當高。使用聚合物冷卻夾套期間，溶液容易發(fā)生泄漏，影響了賽車的整體性能且易發(fā)生安全事故。

在電動四輪驅(qū)動賽車中，電機的功率密度高達10kW/kg，在沒有冷卻的情況下，電機滿載運轉(zhuǎn)時時會發(fā)生過熱現(xiàn)象，所以高性能電機必須冷卻才能保證賽車的正常運行。該賽車有兩個冷卻回路，每側一個，為四個電機以及相應的逆變器提供冷卻散熱。E-Stall團隊通過使用易加三維EP-M260雙激光打印鋁合金冷卻套，在有效提升散熱效率的同時解決了冷卻部件的泄漏問題，顯著提高賽車駕駛性能及安全系數(shù)。

基于金屬增材制造技術，E-Stall團隊可以嘗試設計冷卻回路更為復雜、散熱效果更好的賽車散熱器，為整體賽車水平的提升提供了可能，這是傳統(tǒng)工藝無法實現(xiàn)的。

E-Stall團隊介紹說：3D打印冷卻套是一種高效可靠的產(chǎn)品。我們能夠創(chuàng)建復雜的結構，這在任何傳統(tǒng)方式下都是不可想象的。借助易加三維最新增材制造技術，高精度打印實現(xiàn)減少壁厚，減小了零件的總體尺寸�！�

△逆變器冷卻性能改進

同時，在冷卻套旁邊，易加三維支持E-Stall為其逆變器和轉(zhuǎn)向部件配備了冷卻板。兩者都實現(xiàn)了幾個組件的功能集成、輕量級設計和整體性能改進。

△冷卻套散熱      

由于冷卻系統(tǒng)、連接器和安裝的功能集成，節(jié)省了組裝步驟，故障保護設計不再容易發(fā)生泄漏。零件的最小壁厚有助于減小總直徑，從而為電機周圍的其他懸架部件創(chuàng)造更多空間。

高精度高質(zhì)量3D打印零部件對其功能發(fā)揮至關重要。對于逆變器而言，高精度壓裝式冷卻套與冷卻板的平直度同樣重要。這兩個部件都可以很好地實現(xiàn)其功能，并將電機和逆變器保持在65°C以下，根據(jù)E-Stall團隊的說法，這是一個“難以置信的好結果”。對比上一次賽季，電機運行溫度達到120°C。由此可見，易加三維增材制造設備在滿足復雜化結構設計的同時，可打印出高精度、高質(zhì)量、輕量化等工藝優(yōu)勢的零部件。

△冷卻夾套流動模擬

冷卻套的設計允許3,8kW的模擬冷卻能力。由于部件溫度較低，它們可以更高效地工作，從而使整個汽車的行駛范圍更長，加速性能也更高。

取得的成績

基于出色的零部件和整體性能工程設計以及整個E-stall團隊的奉獻精神，他們在捷克和阿爾卑斯阿德里亞的工程設計競賽中獲得了第四名。動力傳動與車輛動力學項目經(jīng)理Felix Wenzelburger介紹說，“這門學科是檢驗團隊設計賽車能力和評估團隊知識儲備的重要學科之一�！�

在克羅地亞，他們完成了耐力項目，并獲得了效率類別的第一名。成功完成一場耐力賽是一項至高無上的榮譽，每個大學生方程式賽車團隊均以此為目標。耐力賽是一項高強度、高壓力、持久性賽車運動項目，最大極限的測試并驗證了賽車整車及零部件性能，成功挑戰(zhàn)對賽車團隊具有里程碑意義。耐力賽驗證了通過金屬增材制造工藝生產(chǎn)的熱交換器的高度可靠性和穩(wěn)定性。E-stall團隊表示，他們未來會繼續(xù)與易加三維保持深入合作，加大增材制造技術在輕量級零部件及關鍵性能零部件的應用拓展。

△EP-M260 金屬3D打印機

EP-M260 采用MPBF金屬粉末床熔化技術，成型室尺寸可達266*266*390mm3，以微米級金屬粉末為成型材料，有單激光和雙激光兩種配置可選，可打印鈦合金、鋁合 金、鎳基高溫合金、模具鋼、不銹鋼、鈷鉻鉬等材料，適于航空航天、軍工、模具等領域高精度、高性能零部件的直接制造。